(57)【要約】【課題】  画像中の高輝度部や飽和時であっても、チャンネル間のレベル差の補正を行い、画像の劣化を防止することのできる電子内視鏡装置を提供する。【解決手段】  内視鏡２に備えられた多線読み出し型の固体撮像素子２２と、固体撮像素子２２から得られた映像信号の信号処理を行う信号処理回路１７とを備えた電子内視鏡装置１において、ホワイトバランス補正回路７５が、固体撮像素子２２から得られた２以上のチャンネルの映像信号の値をそれぞれ補正する。クリップ回路７６が、チャンネル間補正手段７３から出力された映像信号をクリップする。【選択図】      図１
2005349004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡に備えられた複数の出力ラインを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子から得られた映像信号の信号処理を行う信号処理回路とを備えた電子内視鏡装置において、
前記固体撮像素子から得られた映像信号の各出力ライン間のレベル差を補正する出力ライン間補正手段と、
前記出力ライン間補正手段から出力された映像信号をクリップするクリップ手段と
を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】
複数の出力ラインを有する固体撮像素子から得られる映像信号を信号処理する信号処理回路において、
前記固体撮像素子から得られた映像信号に関し、ホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正回路と、
前記ホワイトバランス補正回路から出力された映像信号をクリップするクリップ回路と
を備えたことを特徴とする信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を駆動して被写体像の光電変換を行う撮像手段を備えた電子内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人体の体腔内に細長の挿入部を挿入して患部を観察し、必要に応じて患部に対して処置を行うことのできる内視鏡が広く使われている。内視鏡装置は、この内視鏡に加え、内視鏡に照明光を供給する光源装置、内視鏡の先端に設けられた例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の撮像手段により被写体像の映像信号を得るビデオプロセッサおよびビデオプロセッサの映像信号を映し出すモニタを含んで構成される。
【０００３】
電荷結合素子（以下、ＣＣＤとする）は、駆動周波数を低くするために、水平転送レジスタを例えば２本あるいは４本有している。例えば２本の水平転送レジスタを備えたＣＣＤの場合、奇数ラインの信号電荷と偶数ラインの信号電荷とを別々の水平転送レジスタにて同時に転送し、１水平転送期間内に２ライン分の信号電荷を読み出す。
【０００４】
ところで、ＣＣＤは、製造過程においてその特性にばらつきが存在し、その特性のばらつきが出力結果に影響する。すなわち、ＣＣＤの出力系のばらつきが、２つのライン間の出力信号のレベル差となって表れる。ライン間で出力信号のレベル差によってモニタ上の内視鏡画像に縞が発生し、画質が劣化するという問題が生じる。
【０００５】
そこで、信号処理回路内でホワイトバランスの補正を行う際に、チャンネル間の映像信号出力レベルのばらつきを補正することのできる電子内視鏡装置について開示されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２７６９７６号公報（要約、図３、段落０００８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
映像信号の出力レベルが飽和の状態である場合や高輝度の映像信号においては、ＣＣＤの出力アンプの特性のばらつきによってＣＣＤ毎に線形性が異なることがある。あるいは、プロセッサ内の信号処理回路の特性のばらつきによってダイナミックレンジが異なるため、ライン間で出力レベルが異なることがある。かかる場合、内視鏡画像中の高輝度部の映像信号や飽和時の映像信号については、上記の特許文献１に開示の装置によってもＣＣＤの出力レベルの差異を解消しきれない。
【０００７】
本発明は、画像中の高輝度部や飽和時であっても、各出力ライン間のレベル差の補正を行い、画像の劣化を防止することのできる電子内視鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、内視鏡に備えられた複数の出力ラインを有する固体撮像素子と、該固体撮像素子から得られた映像信号の信号処理を行う信号処理回路とを備えた電子内視鏡装置において、前記固体撮像素子から得られた映像信号の各出力ライン間のレベル差を補正する出力ライン間補正手段と、前記出力ライン間補正手段から出力された映像信号をクリップするクリップ手段とを備えたことを特徴とする電子内視鏡装置が提供される。
【０００９】
伝送される映像信号はクリップ手段により、所定のしきい値以上の映像信号は所定のしきい値にクリップされる。例えばホワイトバランス補正回路等の、出力ライン間補正手段からの出力信号をクリップすることで、前記出力ライン間補正手段で除去できなかった映像信号の出力ライン間におけるレベル差の補正を適切に行い、さらに高輝度部分の映像信号、あるいは飽和時における固体撮像素子間の出力レベル差による画質の劣化を防止する。
【００１０】
なお、本発明は電子内視鏡装置に限られず、上記構成を備える信号処理回路にも適用される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高輝度の映像信号あるいは飽和時における固体撮像素子間の出力レベルの差を補正し、画質の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電子内視鏡装置の構成図である。電子内視鏡装置１は、主にプロセッサ１０、内視鏡２、モニタ３および面順次光源装置４から構成される。内視鏡２は、面順次光源装置４から出射した照明光を導光させるライトガイド２４、被写体の観察部位に照明光を照射する照明用レンズ２３、被写体像が入射される対物レンズ２１および対物レンズ２１の像を電気信号に変換するＣＣＤ２２を含んで構成される。
【００１３】
面順次光源装置４は、制御手段４１、絞り制御手段４２、ＲＧＢ回転フィルタ制御手段４３、モータ４４、ランプ４５、ＲＧＢ回転フィルタ４６および集光レンズ４７から構成され、内視鏡２に照明光を供給する。ランプ４５から出射した照明光は、制御手段４１の指示で動作する絞り制御手段４２によって適切な光量に調整され、集光レンズ４７で集光された後装置外に出射される。ランプ４１と集光レンズ４７との間には、ＲＧＢ回転フィルタ４６が設けられている。ＲＧＢ回転フィルタ制御手段４３の制御に基づいて、モータ４４がＲＧＢ回転フィルタ４６を所定の速度で回転させることで、Ｒ、ＧあるいはＢの面順次光が得られる。得られた面順次光は、面順次光源装置４から出射された照明光は内視鏡２のライトガイド２４の後端面に供給され、ライトガイド２４によって導光される。導光された照明光は、内視鏡２先端の照明用レンズ２３の設けられた側から被写体に照射される。
【００１４】
面順次光源装置４から照射されたＲ、Ｇ、Ｂの面順次光に応じた被写体像が、内視鏡２の対物レンズ２１の結像位置に設けられたＣＣＤ２２にて電気信号に変換される。電気信号は、内視鏡２に挿抜自在に接続されたプロセッサ１０にて処理され、プロセッサ１０に接続されたモニタ３に処理された映像信号が表示される。
【００１５】
プロセッサ１０は、ＣＤＳ回路１１、内視鏡２のＣＣＤ２２を駆動するＣＣＤ駆動回路１２、クリップ回路１３、測定した被写体像の光度を面順次光源装置４の制御手段４１に対して渡す測光回路１４、Ａ／Ｄ変換器１５、フォトカプラ１６、信号処理回路１７およびＤ／Ａ変換器１８から概ね構成される。
【００１６】
内視鏡２に設けられたＣＣＤ２２によって変換された電気信号は、ＣＤＳ回路１１でベースバンド帯域に変換され、クリップ回路１３では電気信号の振幅が所定のレベルに制限される。クリップ回路１３の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル信号に変換された後、フォトカプラ１６に入力される。
【００１７】
フォトカプラ１６は、Ａ／Ｄ変換器１５から入力されたデジタル信号を、患者回路から２次回路に伝送し、患者回路と２次回路とを絶縁する。伝送されたデジタル信号は、信号処理回路１７にて処理された後、Ｄ／Ａ変換器１８でアナログ変換され、モニタ３に映像信号が表示される。
【００１８】
図２は、図１の信号処理回路１７の内部の構成図である。フォトカプラ１６から出力したデジタル信号は、まず、ＯＢクランプ回路７１Ａ、７１Ｂに入力され、デジタルクランプされる。次に、図２においては図示しないキーボード等による操作によって動作のオン／オフがスイッチ切り替えされるＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路７２のスイッチがオンに設定されると、ＡＧＣ回路７２で明るさゲインが調整される。なお、ＡＧＣ回路７２で明るさゲインを調整する際に用いられる輝度信号は、ホワイトバランスサンプリング＆Ｙ検出回路７３にてホワイトバランス平均値を基に算出される。ホワイトバランスサンプリング＆Ｙ検出回路７３にて出力されるホワイトバランス平均値は、面順次光Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれのタイミングに対応させてＣＰＵレジスタ８２に取り込まれる。
【００１９】
ＡＧＣ回路７２から出力された映像信号は、ライン合成回路７４に入力され、多線で読み出された映像信号が合成される。ライン合成回路７４から出力された映像信号は、ホワイトバランス補正回路７５でＲ、Ｇ、Ｂ間の色補正が行われると同時に、多線読み出しによるチャンネル間のレベルのバランスが調整される。クリップ回路７６では映像信号のレベルが所定のしきい値以下のレベル範囲内に限定され、色調調整回路７７は、図示しない操作ボタンによって色調が任意に変更される。次に、ガンマ（γ）補正回路７８によってガンマ補正された映像信号は、拡大回路７９、輪郭強調回路８０および同時化手段８１を経て、アナログ信号に変換された後、プロセッサ１０に接続されたモニタ３に出力される。
【００２０】
図２のホワイトバランスサンプリング＆Ｙ検出回路７３について、図３から図５を参照して更に詳細に説明する。図３は、ホワイトバランスサンプリング＆Ｙ検出回路の内部構成図である。ホワイトバランスサンプリング＆Ｙ検出回路は、ホワイトバランス平均値を算出する２つのＷＢ（ホワイトバランス）サンプリング回路３１ａおよび３１ｂ、輝度信号を検出するＹ検出回路３２およびセレクタ３３から構成される。Ｙ検出回路３２においては、ＷＢサンプリング回路、例えば図３ではＷＢサンプリング回路３１ａにて算出されたホワイトバランス平均値を用いて輝度信号が算出される。算出された輝度信号によって、ＡＧＣ回路７２で明るさゲインが調整される。
【００２１】
２線あるいは４線で読み出された映像信号は、図１のフォトカプラ１６を介して患者回路から２次回路に伝送される際、いずれの読み出し型ＣＣＤである場合も２系統の信号線で伝送される。ホワイトバランス補正に用いられるホワイトバランス平均値は、サンプリングパルスを基に算出される。前記サンプリングパルスは、２線あるいは４線読み出しいずれのＣＣＤにおいても、映像信号領域部分で、偏りのないように抽出する。
【００２２】
図４は、サンプリングパルスの抽出を説明する図である。１画像データを構成する例えば１００ライン×１００ドットの映像信号のうち、各系統の６４ライン×６４ドットのサンプリングパルスが、ＷＢサンプリング回路３１ａ、３１ｂにそれぞれ入力される。ライン方向に関し、例えば３ドットごとにサンプリングパルスを入力し、ドット方向に関し、例えば５ラインごとにサンプリングパルスを入力し、ホワイトバランス平均値を抽出する。
【００２３】
図５は、多線読み出しの信号送信系統を説明する図である。同図において左側は４つの出力ライン（チャンネル）を有する４線読み出しＣＣＤを用いた場合、右側は２つの出力ライン（チャンネル）を有する２線読み出しＣＣＤを用いた場合の信号送信系統を概略的に説明する図である。図５の左側の４線読み出しＣＣＤを用いた場合、各線では１ライン単位で信号を読み出し、４チャンネル（Ｖout1、Ｖout2、Ｖout3およびＶout4）で伝送する。右側の２線読み出しＣＣＤを用いた場合、１ラインについて奇数番目の画素についての信号と偶数番目の画素についての信号とを、２チャンネル（Ｖout1およびＶout2）で別々に伝送する。
【００２４】
図５の信号送信系統の映像信号領域部分において、図４に示すようにサンプリングパルス位置で抽出すれば、２線あるいは４線いずれの読み出しの方法によっても、読み出された映像信号にサンプリングパルスを与えることができ、ホワイトバランス平均値を偏ることなく抽出することができる。
【００２５】
抽出されたサンプリングパルスは、ＷＢサンプリング回路３１ａ、３１ｂに入力される。入力されたサンプリングパルスから、１画面分のホワイトバランス平均値を算出する。ホワイトバランス平均値は読み出したチャンネルごとに算出され、セレクタ３３に入力される。算出されたホワイトバランス平均値は、セレクタ３３によって対応するＲＧＢカラーインデックスと併せて出力され、図２のＣＰＵレジスタ８２によって読み込まれる。なお、ＲＧＢカラーインデックスは、図１の回転フィルタ４６の回転と同期を取るために用いられ、回転フィルタ４６のＲ、Ｇ、Ｂに対応する。
【００２６】
図６は、ＷＢサンプリング回路のホワイトバランス平均値出力タイミングを説明する図である。同図で示されるように、ホワイトバランス平均値６５は、ホールドパルス６４によって出力される。このとき、ＲＧＢカラーインデックス６６がホワイトバランス平均値６５（ｆａ（Ｂ０）、ｆｂ（Ｂ０）、ｆｄ（Ｂ０））のＢに対応している。そこで、ホワイトバランス平均値６５とＲ、Ｇ、Ｂとの対応をあわせる為に、ＲＧＢカラーインデックス６６は、ホールドパルス６４によって出力される。そして垂直同期信号によってホワイトバランス平均値６５とホールドパルス６４で出力されたＲＧＢカラーインデックス６６は同色で同時に出力される。算出されたホワイトバランス平均値６５は、垂直同期信号６１と同期させて、例えば４チャンネルの場合はそれぞれＡＶＥ＿ａ、ＡＶＥ＿ｂ、ＡＶＥ＿ｃおよびＡＶＥ＿ｄ６７として出力される。垂直同期信号６１と同期させて出力される値ＡＶＥ＿ａ等は、映像信号６２と比べて１垂直同期信号分遅れて出力される。
【００２７】
ホワイトバランスサンプリング＆Ｙ検出回路にて算出されたホワイトバランス平均値は、図２のＣＰＵレジスタ８２に取り込まれ、ＣＰＵにおいて、平均値を基にホワイトバランス（ＷＢ）係数が算出される。図７は、ホワイトバランス係数の演算式を説明する図である。図７（ａ）は、例えば４線読み出しの場合、読み出しのチャンネルおよびＲＧＢのカラーに対応するホワイトバランス平均値の変数名を表した図である。例えば図中の変数「Ｒ＿ＷＢ１」は、カラーがＲのとき、１のチャンネルから読み出された映像信号に基づいて算出されたホワイトバランス平均値であることを表し、例えば図６中においては、ＡＶＥ＿ａ６７の、ｆa（Ｒ１）、ｆa（Ｒ２）等がこれに該当する。
【００２８】
図７（ｂ）は、同図（ａ）の変数を用いてホワイトバランス１ＷＢＫＲ、１ＷＢＫＢ、１ＷＢＫＧ、２ＷＢＫＲ、２ＷＢＫＢ……等を算出する演算式である。例えば、１ＷＢＫＲは、１チャンネルのＲについてのホワイトバランスを意味する。算出されたホワイトバランス係数は、図１のホワイトバランス補正回路７５において、ＣＰＵレジスタ８２から読み出されてホワイトバランス補正に用いられる。
【００２９】
なお、ホワイトバランス平均値の算出には、チャンネル間のホワイトバランス補正ができるよう、図１のライン合成回路７４にて映像信号が１線化される前の段階の信号が用いられている。チャンネルごとのホワイトバランス平均値を算出した後、映像信号は図１のライン合成回路７４にて１チャンネルに合成される。以下、映像信号の合成の処理について、図８から図１１を参照して説明する。
【００３０】
図８は、ＣＣＤからプロセッサ中のライン合成回路までの構成を示した回路図である。ＣＣＤ２２で読み出され、電気信号に変換されると、電気信号は図１のプロセッサ１０のＣＤＳ回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにチャンネルごとに伝送される。ＣＤＳ回路１１ａ、１１ｂ、……にてベースバンド帯域に変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄにてそれぞれデジタル信号に変換され、例えばＦＩＦＯ（ｆｉｒｓｔ−ｉｎ  ｆｉｒｓｔ−ｏｕｔ、先入れ先出し）等のメモリ１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄにそれぞれ書き込まれる。
【００３１】
メモリ１９ａ、１９ｂ、……に書き込まれたデジタル映像信号は、２系統の信号線でフォトカプラ１６Ａ、１６Ｂを介して２次回路に伝送される。伝送された映像信号はＯＢＣＬＰ回路７１Ａ、７１ＢやＡＧＣ回路７２等の前段処理を経て、ライン合成回路７４に入力される。
【００３２】
図９は、ライン合成回路７４の内部構造図である。２系統で伝送された映像信号、すなわち２次側ＥＶＥＮおよび２次側ＯＤＤ映像信号は、それぞれＷＥ１あるいはＷＥ２の信号のタイミングでラインメモリ９１ａあるいは９１ｃ、９１ｂあるいは９１ｄにそれぞれ書き込まれる。ＲＥ１＿ａ、ＲＥ２＿ａ、ＲＥ１＿ｂ、ＲＥ２＿ｂの信号のタイミングで、それぞれラインメモリ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄに書き込まれた信号が読み出され、それぞれのチャンネルの映像信号としてセレクタ９２に入力される。セレクタ９２に入力されるＲＥ信号に同期させて、各チャンネルの映像信号は１線に合成されて出力される。
【００３３】
図１０および図１１は、それぞれ４線読み出しＣＣＤ、２線読み出しＣＣＤを用いた場合の、合成前および合成後の映像信号の出力タイミングを説明する図である。なお、図１０、図１１中の映像信号のライン、画素の通番は、それぞれ図４中のライン、画素のそれと共通する。
【００３４】
図１０は４線読み出しＣＣＤを用いた場合の合成前および合成後の映像信号の出力タイミングを示す図である。同図（ａ）は合成前、（ｂ）は合成後の信号の波形を表す。図５の左側に示されるように、ラインごとに転送された映像信号は、フォトカプラ１６Ａあるいは１６Ｂを介して２次回路に伝送されるとき、偶数ラインの映像信号と奇数ラインの映像信号の２系統で伝送される。例えば同図においては、２系統でライン合成回路７４に入力された信号は、１３．５ＭＨｚの周波数で一旦４線に戻してラインメモリ９１に入力される。例えば同図においては、ＷＥ１とＷＥ２の書き込みの信号に同期させて、「１」および「２」のラインの映像信号が図９のラインメモリ９１ａ、９１ｃにそれぞれ書き込まれる。次のＷＥ１、ＷＥ２の信号に同期させて、「３」および「４」のラインの映像信号が、図９のラインメモリ９１ｂ、９１ｄにそれぞれ書き込まれる。書き込まれた映像信号は、ＲＥ１＿ａ、ＲＥ２＿ａ、ＲＥ１＿ｂおよびＲＥ２＿ｂの読み出し信号に同期させて、例えば「１」、「２」、「３」および「４」のラインの映像信号が順次それぞれに読み出され、セレクタ９２から出力される。このように、映像信号が１線化され、周波数は１３．５ＭＨｚから２７．０ＭＨｚにレート変換される。
【００３５】
図１１は２線読み出しＣＣＤを用いた場合の合成前および合成後の映像信号の出力タイミングを示す図である。同図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ合成前、合成後の信号の波形を表す。２線読み出しＣＣＤの場合、２系統のラインにはそれぞれ奇数画素、偶数画素が伝送されている。ライン合成回路で、奇数画素と偶数画素とで交互に合成される。例えば同図においては、ＷＥ１とＷＥ２の書き込み信号に同期させて、１、３、５、７、……の画素の映像信号、２、４、６、８、……の画素の映像信号が、それぞれ別々のラインメモリ、例えば図９ではラインメモリ９１ａ、９１ｂおよび９１ｃ、９１ｄにそれぞれ書き込まれる。書き込まれた映像信号は、ＲＥ１＿ａ、ＲＥ２＿ａ、ＲＥ１＿ｂおよびＲＥ２＿ｂの読み出し信号に同期させて、例えば「１」、「２」、「３」および「４」の画素の映像信号が順次それぞれに読み出され、ラインごとの映像信号単位でセレクタ９２から出力される。２線読み出しの場合も４線読み出しの場合と同様、映像信号が１線化され、周波数のレート変換が行われる。
【００３６】
本実施例に係る電子内視鏡装置によれば、図２のクリップ回路７６が、２線あるいは４線で読み出され、２系統で２次回路に入力された映像信号が１系統に合成されるライン合成回路７４の後段に設けられている。このため、クリップ回路７６はＣＣＤ毎に異なることのない共通の構成でよい。また、ホワイトバランス補正回路７５の後段に設けられているため、Ｒ、Ｇ、Ｂのピークレベル調整後の映像信号について、しきい値以上のレベルの映像信号を除去し、チャンネル間のレベル差のない映像信号を伝送することができる。さらに、クリップ回路７６は、ガンマ補正回路７８よりも前段に設けられている。ガンマ補正による映像のコントラストの調整には、例えば、コントラストを強める高コントラストモード、コントラストを弱める低コントラストモード等がある。高コントラストモードでは、明るいところをより明るく、暗いところはより暗く補正することでコントラストを強める。低コントラストモードでは、明るいところをより明るく、暗いところも明るく補正することでコントラストを弱める。仮に映像信号をコントラスト調整した後にクリップ回路に伝送すると、途中でガンマ補正モードを変更した場合、飽和時におけるＣＣＤの出力レベル差がより顕著に表れることになる。したがって、クリップ回路７６は、ライン合成回路７４およびホワイトバランス補正回路７５の後段で、ガンマ補正回路７８の前段に設けられることにより、効果的に高輝度部、飽和時のＣＣＤによるレベル差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る電子内視鏡装置の構成図である。
【図２】本実施例に係る信号処理回路の内部の構成図である。
【図３】ホワイトバランスサンプリング＆Ｙ検出回路の内部の構造図である。
【図４】サンプリングパルスの抽出を説明する図である。
【図５】多線読み出しの信号送信系統を説明する図である。
【図６】ＷＢサンプリング回路のホワイトバランス平均値出力タイミングを説明する図である。
【図７】ホワイトバランス演算式を説明する図である。
【図８】ＣＣＤからプロセッサライン合成回路までの構成を示した回路図である。
【図９】ライン合成回路の内部構造図である。
【図１０】４線読み出しＣＣＤを用いた場合の合成前および合成後の映像信号の出力タイミングを示す図である。
【図１１】２線読み出しＣＣＤを用いた場合の合成前および合成後の映像信号の出力タイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      電子内視鏡装置
２      内視鏡
３      モニタ
４      面順次光源装置
１０      プロセッサ
７３      ホワイトバランスサンプリング＆Ｙ検出回路
７６      クリップ回路
【図１】
2005349004.tif 000003
【図２】
2005349004.tif 000004
【図３】
2005349004.tif 000005
【図４】
2005349004.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005349004.tif 000008
【図７】
2005349004.tif 000009
【図８】
2005349004.tif 000010
【図９】
2005349004.tif 000011
【図１０】
2005349004.tif 000012
【図１１】
2005349004.tif 000013